Long-distance balancing в мультиоблаках

Цели, состав и результаты пилотного проекта.

Цель пилотного проекта состояла в объединении двух и более виртуализованных локальных сетей различных ЦОД в единую логическую сеть с SDN-WAN управлением и его оркестрацией с SDN-контроллерами локальных сетей ЦОД, что позволяет реализовать принцип предоставления ресурсов «по требованию» и гарантировать сквозной QoS.

Состав пилотного проекта и схема организации взаимодействия провайдеров ресурсных доменов – IaaS-облаков и магистральной сети, показана на Рис.1 ниже.

Посредством API-взаимодействия в рамках пилота реализован полностью автоматический процесс выделения магистральной сетевой емкости «по требованию», с оплатой по фактическому времени использования выделенной полосы нужного размера. Автоматизирован и процесс изменения выделенной емкости, который реализуется как созданием каналов другой емкости, так и созданием дополнительных каналов.

Это открывает дорогу к так называемому long-distance balancing - ключевому механизму позволяющему обеспечить высокий уровень загрузки вычислительных мощностей в распределенных мультиоблаках. Такая балансировка может включать как относительно простые кейсы резервного копирования в удаленный ЦОД и восстановления после сбоя из резервной копии, так и более сложные кейсы балансировки нагрузки в территориально-распределенной системе active-active.

Принцип балансировки нагрузки между расположенными на больших расстояниях ЦОД состоит в наличии ежедневных пиков нагрузки приложений на вычислительные ресурсы в дневное время. Возможность балансировать часть пиковой нагрузки в ЦОД расположенные в других часовых поясах (Рис. 2) в сочетании с динамическим ценообразованием на вычислительные ресурсы позволяет IaaS/PaaS провайдерам значительно экономить на виртуализованной вычислительной инфраструктуре, при этом выдерживая необходимые приложениям параметры доступности.

---

Барьером препятствующим реализации этой схемы выступает высокая стоимость магистральной сетевой емкости в сочетании с невозможностью ее выделения по требованию, то есть клиенты, в данном случае провайдеры IaaS/PaaS, вынуждены заключать долгосрочные договоры и оплачивать емкость даже тогда когда она практически не используется, что обуславливает крайне низкую среднюю загрузку таких статичных каналов и, как следствие, неоправданно высокую стоимость передачи единицы данных.

Введение базирующейся на технологии SDN услуги BoD позволяет решить эту проблему, а ее интеграция с сетевыми контроллерами виртуализованных локальных сетей ЦОД дает возможность полностью автоматизировать процесс заказа, выделения и отключения канала.

Распределенные мультиоблака как элемент сквозного сетевого слоя

Дальнейшее развитие концепции распределенного мультиоблака с BoD состоит во включении SDN-сетей доступа в перечень взаимодействующих доменов (Рис. 3). Это позволит обеспечить сквозной SLA от подключенных устройств до экземпляров распределенного приложения, то есть реализовать так называемый сквозной сетевой слой (E2E slice) (Рис. 4).

Введение представленного в Релизе 16 3GPP понятия сквозного сетевого слоя стало необходимо ввиду того, что уже в настоящее время более 95% трафика в сетях связи представлено трафиком распределенных приложений, имеющих как минимум множество клиентских и серверную часть (App (UE) и App Server на Рис. 5), а как максимум – еще и распределенную серверную часть приложения, как, например, многие платформы Индустриального Интернета Вещей.

Требования приложений к сетевым и вычислительным ресурсам существенно отличаются друг от друга и меняются во времени, например, в зависимости от изменения пользовательской нагрузки на приложение. Это означает что сквозной (end-to-end, E2E) слой не только должен предоставить распределенному приложению достаточные для его нормальной работы сетевые и вычислительные ресурсы с требуемым качеством, но и быть способным делать это «по требованию», динамически адаптируясь под меняющиеся во времени потребности приложений. Ожидается, что количество сетевых слоев будет примерно соответствовать количеству уникальных приложений, которое в настоящее время уже исчисляется сотнями тысяч.

Для сквозных слоев возникает крайне сложная проблема динамического выделения слою различных видов виртуализованных ресурсов, операторами/провайдерами которых являются различные независимые друг от друга хозяйствующие субъекты. При этом, как отмечено выше, количество слоев может потенциально исчисляться сотнями тысяч и даже миллионами. Если не решать задачу динамической оптимизации выделения ресурсов слоям, то, по данным научных исследований, «слоеной» сети потребуется до 10 раз больше ресурсов чем «неслоеной» даже при малом количестве слоев в ней (несколько десятков), что сделает сервисы на основе сквозных слоев неконкурентными по цене относительно неуправляемых сервисов на основе существующих сетей.

Для решения этой задачи необходима кросс-доменная оркестрация (оптимизация) E2E слоев и предоставляющих им ресурсы доменов – см. Рис. 6, технологические и, что еще сложнее, экономические принципы которой только предстоит заложить. Все что сказано в стандартах на эту тему – это пока лишь лаконичное: «…Система управления описанная в стандарте 3GPP осуществляет процесс оптимизации основываясь на информации полученной на Шаге 1. Целью процесса является найти оптимальную конфигурацию потребления ресурсов при условии выполнения требований приложения-заказчика слоя…».

В настоящее время в России и мире отсутствуют коммерчески доступные программные продукты, позволяющие осуществлять полноценную кросс-доменную оркестрацию в гетерогенных средах с SDN внутри доменов. Разработка новых сервисов на базе распределенных мультиоблаков с BoD – важный практический шаг к решению задачи кросс-доменной оркестрации.

Приглашаем потенциально заинтересованные в услуге BoD организации, в первую очередь, IaaS/PaaS-провайдеров, к ознакомлению с этой услугой и возможному ее тестированию.